Клеточная система удаления мусора выглядит как «переключатель» для лечения рака

Методы, используемые клетками для избавления от продуктов жизнедеятельности, предлагают несколько захватывающих возможностей для потенциального вмешательства в их поведение, будь то засорение этих систем удаления мусора, чтобы избавиться от рака, или устранение их дефектов, чтобы справиться с болезнью Альцгеймера. Исследования Массачусетского технологического института показали, как эта активность усиливается во время деления клеток, а недавно обнаруженный механизм потенциально предлагает ученым «переключатель» для лечения таких заболеваний.

Прорыв в органеллах очистки клеток, называемых лизосомами, произошел, когда исследователи MIT разработали новый способ измерения сухой массы клеток.

Этот метод разрабатывался годами и включает в себя сравнение измерений клетки в обычной воде и в тяжелой воде с добавлением дейтерия, по которым затем можно рассчитать ее сухую массу. Техника выставляется как аванс по нескольким направлениям. Тяжелая вода токсична для клеток, поэтому предыдущие подходы позволяли проводить только одно измерение на клетку, тогда как эта система позволяет проводить повторные измерения. Она также дает представление о плотности и составе клеток.

«Наша идея заключалась в том, что если мы минимизируем воздействие тяжелой воды на клетки, мы могли бы спроектировать систему так, чтобы можно было повторять это измерение в течение продолжительных периодов времени, не повреждая клетку», — сказал ведущий автор исследования Теему Миеттинен.

«Это позволило нам впервые отслеживать не только сухую массу клетки, что другие делают с помощью микроскопических методов, но и плотность сухой массы, которая информирует нас о биомолекулярном составе клетки».

Этот новый инструмент был использован как способ изучения типа клеточного деления, называемого митозом, и ученые стремились узнать, что происходит с клеточной массой и составом.

Были проведены эксперименты на раковых клетках, которые делятся чаще, чем обычные здоровые клетки, и ученые обнаружили, что сухая масса на самом деле уменьшалась, когда клетки вступали в митоз, и эта масса снова восстанавливалась после завершения клеточного деления.

Дальнейшие исследования показали, что по мере того, как клетки вступали в митоз, они увеличивали активность лизосом. Эти клеточные органеллы отвечают за расщепление и удаление клеточных отходов посредством процесса, называемого экзоцитозом. Лизосомы делали это с таким рвением, что при делении клетки теряли около четырех процентов своей массы.

«Наша гипотеза состоит в том, что клетки могут выбрасывать то, что накапливается, токсичные компоненты или просто то, что не функционирует должным образом».

Открытие этого механизма может повлиять на то, как мы лечим болезни. Раковые клетки часто делятся и, как известно, выделяют некоторые химиотерапевтические препараты посредством экзоцитоза, что помогает им стать устойчивыми к лечению.

Мысль состоит в том, что если экзоцитоз можно предотвратить, это может сделать раковые клетки более уязвимыми для таких методов лечения.

С другой стороны, нервные клетки мозга вообще не делятся, а это значит, что они не будут испытывать эту фазу усиленного экзоцитоза лизосом. Теоретически это оставляет дверь приоткрытой для накопления токсичных амилоидных и тау-белков, которые связаны с возникновением болезни Альцгеймера.

Мы уже видели лизосомную активность в исследованиях болезни Альцгеймера. Одно исследование 2019 года продемонстрировало, как эти токсичные белки могут переворачивать свою молекулярную структуру, чтобы представить лизосомам зеркальное отражение самих себя, что, по сути, делает их неперевариваемыми и неспособными очиститься.

Другое исследование выдвинуло идею о том, что накопление дисфункциональных лизосом в мозге на самом деле ускоряет накопление белков, и удаление несостоятельных лизосом может быть формой лечения.

Это новое понимание активности лизосом и их роли в делении клеток открывает еще больше интересных возможностей в лечении не только болезни Альцгеймера, но и других заболеваний. Если мы найдем способ манипулировать этим механизмом, мы сможем эффективно изменить способ, которым клетки избавляются от токсичных продуктов.

«Есть заболевания, при которых мы могли бы захотеть усилить экзоцитоз, например, при нейродегенеративных заболеваниях, но есть такие заболевания, как рак, при которых мы, возможно, хотим снизить его», — говорит Теему Миеттинен.

«В будущем, если бы мы могли лучше понять молекулярный механизм, стоящий за этим, и найти способ вызвать его вне митоза или предотвратить его во время митоза, у нас действительно мог бы быть новый переключатель для лечения болезни».

Исследование было опубликовано в журнале eLife.